من أجل اعتباره صالحًا للسكن ، يحتاج الكوكب إلى الماء السائل. الخلايا ، أصغر وحدة في الحياة ، تحتاج إلى الماء للقيام بوظائفها. لكي يكون الماء السائل موجودًا ، يجب أن تكون درجة حرارة الكوكب صحيحة. ولكن ماذا عن حجم الكوكب؟
بدون كتلة كافية لن يكون للكوكب ما يكفي من الجاذبية للاحتفاظ بمياهه. تحاول دراسة جديدة أن تفهم كيف يؤثر الحجم على قدرة الكوكب على التمسك بمياهه ، ونتيجة لذلك ، قابليته للسكن.
مسألة ما قد يجعل كوكب صالح للسكن هو نقاش مستمر. ليس فقط للكواكب الخارجية ، ولكن بالنسبة لبعض الأقمار في مستقبل نظامنا الشمسي. يمتلك العلماء فكرة جيدة عن مقدار الطاقة التي يحتاجها الكوكب لتلقيها من نجمه للحفاظ على الماء السائل. أدى ذلك إلى ظهور الفكرة الشائعة لـ "منطقة Goldilocks" ، أو المنطقة الصالحة للسكن المحيطة ، وهي مجموعة من القرب ليست قريبة جدًا أو بعيدة جدًا من النجم بحيث لا تستمر المياه السائلة على كوكب.
مع تزايد البحث عن الكواكب الخارجية في المناطق الصالحة للسكن ، ومع حصولنا على مقاريب وتقنيات أفضل لدراسة الكواكب الخارجية بمزيد من التفصيل ، يحتاج العلماء إلى المزيد من القيود على الكواكب التي ينفقون عليها في مراقبة الموارد. كما تظهر هذه الورقة ، يمكن أن تكون كتلة الكوكب مرشحًا مفيدًا.
عنوان الورقة الجديدة "تطور الغلاف الجوي على عوالم مائية منخفضة الجاذبية." نشر في مجلة الفيزياء الفلكية. المؤلف الرئيسي هو Constantin W. Arnscheidt ، طالب دراسات عليا في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.
للحفاظ على الماء السائل على سطحه ، يجب أن يكون للجو الخارجي أو الكوكب الخارجي أو إكسومون كتلة كافية ، وإلا فإن الماء والغلاف الجوي سينجرفان ببساطة إلى الفضاء. وعليها التمسك بمياهها لفترة كافية حتى تظهر الحياة. يستخدم علماء الفلك رقم الكرة الأرضية الذي يبلغ مليار سنة لتحقيق ذلك.
قال كونستانتين أرنشيدت ، المؤلف الأول للصحيفة: "عندما يفكر الناس في الحواف الداخلية والخارجية للمنطقة الصالحة للسكن ، فإنهم يميلون إلى التفكير فيها فقط من الناحية المكانية ، مما يعني مدى قرب الكوكب من النجم". "ولكن في الواقع ، هناك العديد من المتغيرات الأخرى للسكنية ، بما في ذلك الكتلة. إن تحديد حد أدنى للسكنية من حيث حجم الكوكب يعطينا قيدًا مهمًا في مطاردتنا المستمرة للكواكب الخارجية و exomoons الصالحة للسكن. "
يعتمد حجم ونطاق المنطقة الصالحة للسكن على النجم. إن النجم الأصغر والأقل نشاطًا مثل القزم الأحمر يخلق منطقة صالحة للسكن أقرب إلى نفسه من نجم أكبر مثل شمسنا. هذا أمر مفهوم. إذا كان الكوكب بعيدًا جدًا عن النجم ، يتجمد الماء. قريب جدًا ، ويحدث تأثير الاحتباس الحراري الجامح ، ويتحول الماء إلى بخار ، ويمكن أن يغلي بعيدًا في الفضاء.
لكن بالنسبة للكواكب الصغيرة ذات الكتلة المنخفضة ، هناك المزيد يحدث. قد يكونون قادرين على مقاومة تأثير الاحتباس الحراري الجامح.
مع ارتفاع درجة حرارة كوكب منخفض الكتلة ، يتوسع الغلاف الجوي. يصبح أكبر بالنسبة لحجم الكوكب الذي يحيط به. هذا له تأثيران: حجم السطح المتزايد يعني أن الغلاف الجوي يمكنه امتصاص طاقة أكثر مما اعتاد عليه ، ويمكنه أيضًا إشعاع طاقة أكثر مما اعتاد عليه.
والنتيجة الإجمالية لذلك ، وفقا للباحثين ، هي أن الغلاف الجوي الموسع يعطل تأثير الاحتباس الحراري الجامح ، ويمكنهم الحفاظ على المياه السطحية السائلة. هذا يعني أنها يمكن أن تكون أقرب إلى نجمها دون فقدان الماء ، وبالتالي توسيع منطقة المعتدل من أجل الكواكب الخارجية الصغيرة.
هناك حد بالطبع. إذا كان كوكب منخفض الكتلة صغيرًا جدًا ، فلن يكون لديه جاذبية كافية ، وسيتم تجريد الغلاف الجوي بعيدًا ، وسيتم تجريد الماء منه أو تجميده على السطح. وهذا يعني أن آفاق الحياة قاتمة. يقول الباحثون أن هناك حدًا أقل حرجًا لكوكب صالح للسكن. وهذا يعني أنه ليس هناك فقط نطاق قريب من النجم يحدد قابلية العيش على كوكب ما ، بل هناك حد للحجم.
ببساطة ، يمكن أن يكون الكوكب أصغر من أن يكون صالحًا للسكن ، حتى لو كان في منطقة المعتدل.
هذا الحجم الحرج ، وفقًا لأرنشيدت والمؤلفين الآخرين للدراسة ، هو 2.7 في المائة من كتلة الأرض. يقولون أن أصغر من ذلك ، ولن يتمكن الكوكب ببساطة من التمسك بغلافه الجوي ومياهه لفترة كافية لظهور الحياة. بالنسبة للسياق ، القمر هو 1.2 في المائة من كتلة الأرض ، وعطارد 5.53 في المائة.
يستخدم الباحثون كواكب تشبه المذنب كمثال. تحتوي المذنبات على الكثير من الماء ، وهي تتسامي عندما تقترب من الشمس. لكنهم يفتقرون إلى الكتلة المطلوبة للتمسك بهذا البخار ، ولا يمكنهم أبدًا تكوين جو. يتم فقدان الماء إلى الفضاء. لذا فإن كوكبًا صغيرًا جدًا ، حتى لو كان يحتوي على الكثير من الماء ، لن يتمسك به أبدًا.
استخدم الباحثون نماذج لتقدير المنطقة الصالحة للسكن على كوكب منخفض الكتلة حول نوعين مختلفين من النجوم: نوع M ، أو نجم قزم أحمر ، ونجم من النوع G مثل شمسنا.
ربما يكونون قد حلوا أيضًا مسألة أخرى طويلة الأمد حول قابلية السكن في نظامنا الشمسي. تحتوي أقمار المشتري جانيميد وكاليستو ويوروبا على الكثير من الماء السائل المحبوس تحت طبقات من الجليد. تساءل علماء الفلك عما إذا كانوا سيصبحون قابلين للسكن عندما تشع الشمس المزيد من الطاقة في مرحلة ما من مستقبلها النجمى. ولكن وفقًا لعمل المؤلفين ، فإنهم يفتقرون إلى الكتلة للاحتفاظ بهذه المياه ، حتى لو أصبحوا دافئين بما فيه الكفاية. يقترب Ganymede ، عند 2.5٪ من كتلة الأرض ، ولكنه صغير بما يكفي ليكون "شبيهًا بالمذنب" ويفقد كل الماء في الفضاء.
قال روبين وردزورث ، الأستاذ المساعد لعلوم البيئة والهندسة في "إن العوالم المائية منخفضة الكتلة هي إمكانية رائعة في البحث عن الحياة ، وتوضح هذه الورقة مدى اختلاف سلوكها مقارنة بسلوك الكواكب الشبيهة بالأرض". SEAS وكبير مؤلفي الدراسة. "بمجرد أن تصبح الملاحظات لهذه الفئة من الأشياء ممكنة ، سيكون من المثير محاولة اختبار هذه التنبؤات مباشرة."
قام الباحثون ببعض الافتراضات اللازمة في عملهم. وافترضوا أن الغلاف الجوي لعوالمهم منخفضة الكتلة كان بخار الماء النقي. وافترضوا أيضًا أن الماء تم إصلاحه عند 40٪ من كتلة الكوكب. كما تجاهلوا بعض العوامل الأخرى ، مثل ركوب ثاني أكسيد الكربون ، والغطاء السحابي ، وكيمياء المحيطات. هناك ببساطة العديد من المتغيرات التي لا يمكن تمثيلها في هذه المرحلة من عملهم.
يتناول المؤلفون أيضًا فكرة exomoons صالحة للسكن بدلاً من الكواكب الخارجية. من الممكن أن تكون الأقمار في الأنظمة الشمسية الأخرى أكثر قابلية للسكن من الكواكب. في هذه الحالة ، تلعب عوامل أخرى دورها ، مثل قوى المد والجزر. يمكن أن يكون ذلك صحيحًا بشكل خاص حول النجوم من النوع M ، أو الأقزام الحمراء. وذلك لأن المنطقة المحيطة بالنجوم المحيطة بهذه النجوم منخفضة الطاقة هي بالفعل أقرب كثيرًا إلى النجم من تلك الموجودة حول نجم من النوع G مثل شمسنا. قد تقضي قوى الجاذبية المركبة من exomoon وكوكبها والنجم على قابلية السكن تمامًا.
كما يعترفون ببعض من مجموعة متنوعة من العوامل الأخرى التي تؤثر على السكن. على سبيل المثال ، على الرغم من أن الأقمار مثل Ganymede قد تكون أصغر من أن تكون صالحة للسكن في نموذجها ، فقد تكون الحياة في المحيطات تحت سطح الأرض ، حيث يتم منع الماء من الهروب بواسطة طبقة سميكة من الجليد.
هناك الكثير من العمل الذي يتعين القيام به فيما يتعلق بتحديد السكن. كما يقول المؤلفون في ورقتهم ، "يمكن أن ينظر المزيد من العمل في نماذج أكثر تعقيدًا للهروب الهيدروديناميكي." هناك الكثير من التنوع والتعقيد في الكواكب الخارجية مما نعرفه الآن ، لكن هذه الدراسة تبدأ في معالجة بعض منه.
أكثر:
- بيان صحفي: منطقة المعتدل بحجم الكوكب
- ورقة بحثية: التطور الجوي على عوالم مائية منخفضة الجاذبية
- مجلة الفضاء: ما هي المناطق السكنية الأفضل للبحث فعليًا عن الحياة؟
